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1、PAGE 1PAGE 165第九章 拱桥的维修与加固法砖、石拱桥维修加固法一、砖、石拱桥的维修 砖、石拱桥的维修工作主要是修理拱圈和拱上结构砌体的个别损伤部分,如裂缝、局部变形等,以恢复损伤结构的整体作用。 修理砖、石拱桥个别损伤常用的方法有下列几种: 1修理防水层; 2保护面层不受风化; 3压浆法修补裂缝; 4局部或全部改建。 除第4点拱桥改建在纪四节叙述外,其他三种方法的使用场合和操作要求说明如下: (一)修理防水层 为防止渗漏,砖、石拱桥均应做防水层。如发现没有防水层或防水层损坏失效时,应挖开拱上填料重做或在桥面上加铺黑色路面,防止桥面水渗漏。 (二)保护面层不使风化 砖、石拱桥要注意灰

2、缝的保养,如有脱落应及时修补,如砖、石有风化剥落,可喷刷一层13cm的10.0号以上的水泥砂浆,喷浆应分23层喷注,每隔一至二日喷一层。必要时,可加布一层钢丝网,以增加喷涂层的强度。 (三)压浆法修补砖石拱桥砖、石拱桥由于下述原因,容易产生较深裂缝。 1由于拱圈变形而产生的拱上构造的外加应力可能使空腹式小拱发生裂缝; 2由于墩台移动、拱圈受力不对称或基础沉陷的影响,在拱项下部或拱脚上部可能发生裂缝,有时裂缝会通裂至拱壁; 3如拱桥由多层平行拱圈石砌成,在施工中圈与圈未注意交错搭接,则会在拱圈下部腹石上发生纵向裂缝。 砖、石拱桥一经开裂,往往容易发展,危及桥梁的使用与安全,这时可用压注水泥砂浆或

3、其他化学浆液的方法进行修补。二、砖、石拱桥的加固 砖、石拱桥的加固一般通过拱圈的加固来实现。拱圈可以用增加厚度和横向联系、或设置代替承力的补充结构的方法来加固。 (一)原拱圈下增设拱圈加固法 在桥下净空容许、或根据水文资料,桥下泄水面积容许缩小时,可在原有拱圈下部增设拱圈,紧贴原拱圈下面,喷射钢丝网水泥拱圈或浇筑钢筋混凝土新拱圈。1拱圈加固厚度的拟定。加筑新拱圈以前,要对需要新加拱圈厚度进行估算拟定。其厚度一般根据原有拱圈的厚度及使用情况加上桥梁荷载等级所需厚度进行综合考虑后决定。即把所需厚度减去原拱圈厚度,再加上安全厚度最后就得出新加拱圈的厚度。拱桥由荷载等级确定的拱圈厚度,除可参考有关设计

4、资料外,根据多年大量修建的实践经验,可分三种情况分别由下列经验公式估算得到。1)中、小路径的石拱桥,拱圈厚度可按下式估算: 式中:L0拱圈净跨径(cm); d拱圈厚度(cm) m系数,一般为4.56,取用m值时随矢跨比的减小而增大; k荷载系数,对于汽车10级,k1.0;汽车:15级,k1.1;汽车20级,k1.2。2)大跨径的石拱桥,拱圈厚度可由下式估算 等截面:式中:L0拱圈净跨径(cm); d拱圈厚度(cm) m1系数,一般为0.0160.020,跨径越大,所用系数愈大; k荷载系数,对于汽车10级,k1.0;汽车:15级,k1.1;汽车20级,k1.2。 式中:dd、dj拱圈的拱顶、拱

5、脚厚度(m); L0拱圈净跨径(m); m2系数,一股为0.130.17,跨径越大,所用系数越大, k荷载系数,同前; c与拱厚系数m有关的系数(n值可交有关手册求得)。n0.6时,c1.31.4;n0.5时,c1.41.5;n0.4时,c1.5。 (3)混凝土预制块砌筑的实体板拱,拱圈厚度可参考上述估算公式算出,然后适当减小1015。对于预制混凝土空心箱拱圈的厚度可按下式估算: 2钢丝网水泥拱圈内壁喷固法。当砖、石拱桥的拱圈内壁出现表层剥落、松散、老化等情况且不适应目前交通要求时,可采用钢丝网水泥拱圈内壁喷射加固的方法进行维修加固。 进行维修加固时,先去除剥落、松散的表层,并用水冲洗,当其处

6、于潮湿状态且无水球时,在拱圈内设钢丝网格(距老混凝土表层约1.52.5cm),利用水泥喷枪喷射高强度砂浆,厚度约45cm,但必须分双层先后喷浆。以形成加厚的拱内壁和提高负荷能力。3钢筋混凝土拱圈内壁浇筑法。 具体做法与上述喷固法相似,在采取表面处理措施后,再在原拱圈下绑扎钢筋网,并在正确位置上固定后,用泵送混凝土浇筑一层钢筋混凝土新拱圈,应特别注意新旧拱圈的密切结合,加强湿治养生,冬季应做好防冻保温工作。(二)原供上增设钢筋混凝土拱圈加固法 从拱圈上面加一层新拱圈,即挖开原拱顶填土层直到拱背,洗净修补好,凿毛,加筑新拱圈。此法是拱桥中采用的加固方法,它不仅加固了拱圈,而且将原有开裂的拱连在一起

7、,也利于桥梁排水。加固时,加筑部分新拱圈厚度可采用上面所述方法拟定。原拱圈如有损坏,应先用喷注高标号水泥砂浆等方法修理后再砌新拱圈。在考虑加厚拱圈时,应同时考虑墩台受力是否安全可靠等因素。当多孔石拱桥需全部加新拱圈时,拆除拱上填料时,须特别注意保持两边对称、同时进行,以确保连拱作用的均匀受力。 例如某桥为3孔片石拱桥,因洪水冲空侧边孔桥墩基础,而使墩台下沉引起拱圈的严重开裂,最大缝宽达23cm,同时,由此引起其他二孔的损坏。出于该桥在近期不可能投资改建,采取加固措施维持通车。 加固步骤及方法是: 1先加固被冲空的墩桩基础。用墩内加桩或外加桩的办法,加固基础。 2在损坏严重的边孔处挖去填料减载,

8、并沿车道中线挖去一道宽度3m的槽,暴露出拱圈,浇注一道宽2.5m,厚30cm的钢筋混凝土拱板,以作临时加固。其作用是先箍住已开裂较严重的拱圈,使之不致在加固过程中产生破坏。 3对称开挖拱上填料,并对全桥产生裂缝部位进行压浆处理,以修补裂缝。 4在全桥范围内浇筑一层新的钢筋混凝土拱圈,完成拱上建筑的加固工作。 (三)降低拱脚水平推力,采取钢杆件拉结法 为防止拱脚位移,提高拱的承载能力,也可在拱圈跟部凿开混凝土,外露钢筋后焊接接拉杆铆座(或在清理混凝土表层后以环氧砂浆粘结铆座),装置拉杆螺栓(带有花篮螺丝伸缩装置的拉杆)铆固拱脚,如图83所示。 采用钢拉杆的加固措施,使桥下净空大幅度降低,相会影响

9、通航,故仅用于一般不通航河道上的桥梁。 (四)用双银锭腰铁钳入、卡牢相邻拱石的加强拉结法 对石砌拱桥采用锁牢整体拱圈的办法,可使相邻拱石得到加强,该法在我国古代桥梁建造中最早使用,始于隋代建造的河北赵州桥。银锭腰铁,如图84所示。 (五)石拱桥拱圈加固的钢板箍(或钢拉杆)与螺栓锚固法石拱桥亦可在拱圈的跨中和14处加设三道(或多道,视具体情况而定)钢板箍(钢板厚度可用68m m)或钢拉杆,用螺栓在拱底及拱侧钻孔锚固,并注意将锚固点设在拱圈厚度的13处,如图85所示。其锚固孔用膨胀水泥砂浆填塞牢靠。 如某座净跨8m的片石拱桥,由于桥高14m,拱背填土高3m,因此,在填土与车辆荷载共同构成的强大的侧

10、向压力作用下,拱圈沿桥轴线被拉裂,分成两半,分别向外移动。同时,裂缝在逐步发展,不但纵贯全拱圈,而且向桥台延伸,一直伸展到基础顶面附近。 为此,经反复研究,决定采用上述钢拉杆与螺栓锚固法进行加固。拉杆两端带螺丝,沿桥跨均匀布置;设置9道拉箍,每道有一根上杆和一根下杆,并用一根垂直放置的10槽钢作为螺帽的衬垫兼做两杆的连接件。下杆布置于拱腹下面,用30mm钢筋制成;上杆布置于拱上侧墙顶面以下50cm,用18mm钢筋制成。 施工安排在夜间车辆不多时进行,在桥面上突击挖槽后安装上杆,挖好一槽,安上一根上杆,安好后立即回填,做到基本上不影响交通。上杆安好后,挂上槽钢,再安装下杆。一切就绪后,用扳手在拉

11、杆两端缓缓收紧螺帽,向拱圈和侧墙施加一个强大的、向内的压力,直至长柄扳手不能扳动为止,拉杆加固完毕后,再用高标号混凝土和水泥砂浆浇灌修补裂缝,使拱圈和桥台恢复整体。双曲拱桥的维修加固法一、双曲拱桥的常见病害 双曲拱桥是江苏省无锡县于1964年首创的一种新型桥梁形式。由于这种桥梁结构具有结构新颖、轻巧、省料、便于施工等优点,因此,双曲拱桥一经出现就很快在全国范围内得到了推广应用。据不完全统计全国已修建双曲拱桥4000余座,总长约35万余延米,占全国公路桥梁总延米数的四分之一左右。但是,目前有相当一部分双曲拱桥,尤其是早期修建的双曲拱桥,由于结构上不够完善,设计上未能达到规定要求,以及施工质量不佳

12、等原因,特别是当时片面地强调大跨径、省材料等因素,致使很多双曲拱桥存在不同程度的病害。在长期运营过程中又缺少必要的维修整治,使结构在使用过程中变形开裂,承载能力降低,甚至成为危桥。加之,我国交通运输事业的迅猛发展,交通量大幅度增加和车辆载重提高等客观要求的提高,也使得相当一部分双曲拱桥的技术状况已满足不了使用要求。因此,对双曲拱桥进行技术改造是当前我国公路桥梁建设中急待解决的问题。近年来,双曲拱桥的维修加固工程实例颇多,出现了不少行之有效的维修加固方法。一、双曲拱桥的常见病害 双曲拱桥发生较为严重的病害大致有如下几种。 1、结构主拱圈部分整体性差。早期修建的双曲拱桥,在结构处理上和施工过程中对

13、拱肋与拱波之间的联结重视不够,加上横向联结比较薄弱,主拱圈抗扭刚度不足,致使拱肋拱波接触处容易开裂甚至脱开,沿主拱因出现环形裂缝,因而主拱圈组合断面不能整体受力。 2、主拱圈截面不足。由于设计上过分强调材料,主拱圈截面设计偏小,特别是拱肋截面尺寸偏小。在计算上通常采用内力叠加法,按组合截面验算,实际上在施工过程中拱肋要承受拱波、拱扳及其自身的重量,处于应力叠加状态,拱肋截面往往由于应力过大而过早开裂。由于主拱圈截面不足,又导致主拱困刚度不足,变形较大,使主拱因出现场陷现象。 3、拱上建筑处理不当。在双曲拱桥设计中虽末计及拱上建筑的共同作用,但它实际上对构成上部结构的整体作用及行车条件和荷载的均

14、匀传递起着一定的影响。有些实腹式双曲拱桥的侧墙采用砖砌形式,由于砖砌侧培过场砌筑质量又较祖糙,长期运营后侧墙发生外凸甚至剥落,使供上填料松散,影响了主拱因的横向共同均衡受力,从而导致拱肋等的开裂。 4、修建在软土地基上的双曲拱桥,可能由于对基础的处理不当,使墩台发生不均匀沉降和水平位移等,导致主拱圈过大的变形与开裂。二、双曲拱桥的维修加固 主拱圈是双曲拱桥上部结构的主要承重构件,加强主拱圈的改造技术的基本原理与方法和前章钢筋混凝土简支梁桥的补强加固技术中所述之增大截面法、粘贴加固技术等基本相同,本节仅针对双曲拱桥的特点作一简单介绍。 1、拱肋加固 双曲拱桥主拱圈截面高度不足,或者拱肋截面尺寸过

15、小,都会使截面的强度不足,从而导致拱肋的径向开裂,对于这种病害一般可以采取在拱肋受拉边表面粘贴钢板或钢筋,也可采用外包混凝土局部加大或全截面加大拱肋的方法进行补强加固。如果同时在拱肋与拱波接触处还伴有环状裂缝,为了加强主拱圈的整体性,采用全截面外包混径土加大拱肋的方法,通常可以取得较好的加固效果。 (一)环氧砂浆粘贴钢板加固拱肋 作为补强用的钢板或钢筋,一放均没在拱肋底面,共所需的数量可根据供肋截面单独受拉开裂强度进行估算确定。补强范围宜沿整个正弯矩区段并向外延伸12m。 粘贴钢板时,为满足拱肋底面曲线的需要,钢板的厚度宜薄,一般为46mm,过厚时施工比较困难,沿粘贴面设置一定数量的夹紧螺栓,

16、以保证粘贴面的紧密和增加粘贴面的抗剪能力。粘贴基面的处理及粘贴工艺与前章所述相同。为便于钢板沿拱肋弧面成型,除采用较薄钢板外,钢板的长度也不宜过长,一般采用小段钢板分段粘贴(通常为2m左右一段),钢板接头处再设置搭接盖板。 如某桥为一座425.85m,拱矢度15的无筋双曲拱桥。该桥建于1966年,设计时没有考虑混凝土收缩应力影响,在凝固初期就在拱顶左右12m范围内出现了裂缝。通车后裂缝不断发展,缝口由0.5mm发展到25mm,全拱厚裂通,侧墙与拱圈脱离且竖向开裂。后在拱肋底采用环氧树脂水泥浆粘贴钢板加固。钢板厚4mm,宽240mm,粘贴长度在拱顶左右各34m范围内,共长7.5m。加固后通过荷载

17、试验及多年营运使用,证明效果良好,至今仍在正常使用。 (二)螺栓钢板结合加固拱圈法 此法与前述利用钢板加固拱肋的基本目的相同,但不是单纯依靠粘结,而是除了利用胶粘剂之外,再按一定间队凿孔并埋入螺栓,然后就钢板预钻孔对预埋件位置穿入并以螺帽紧固。这种做法拱肋凿孔比较费劲,埋设位置不易准确,因此,钢板钻孔要留有富余,如采用椭圆形孔或扩大孔径,方可减少对位时的麻烦。 (三)粘贴钢筋加固肋拱法 鉴于粘贴钢板加固法存在加工、成型比较困难,有时粘附不够完善等问题,根据实际加固工作的需要,还可采用粘贴钢筋的加固方法。 此法施工与前述基本相同,但所采用的是钢筋加固件。从实际情况看,此法与钢板粘贴法相比,具有与

18、结构物粘附性能好,加固成型容易,补强效果更为显著的特点。 若以钢筋作为补强材料,宜采用小直径的钢筋,以减小粘贴用坏氧树脂胶层的厚度,节省材料降低成本。一般钢筋的直径以不超过8mm为宜,环氧砂浆的厚度以不使钢筋外露为准,一般在1520mm。海南省九曲江大桥即采用粘贴钢筋进行补强加固。该桥为单孔50.40m双曲拱桥,桥面宽度为净720.25m,采用6根拱肋,下部结构为钻孔灌注桩基础,于1969年建成后不久即发现拱肋开裂、拱轴变形,裂缝主要集中在两个四分点之间,拱顶附近裂缝较密,每米长平均有裂缝16条,大部分位于拱肋的两侧并贯通肋底,裂缝宽度多数为0.300.60mm,个别达1mm。此外,在拱脚截面

19、的拱板上及腹拱与肋波接合处、侧墙等部位也出现裂缝;拱轴发生变形,拱顶下沉35cm,拱轴其余各点也有下沉,但下沉均匀。弧线平顺,原拱矢度为19,拱轴变形后变为19.6。台身未发现裂缝,但两桥台拱背标高相差2.70cm。经分析,产生上述病害的主要原因是桥台和桩基承载力不够,桥台向两岸转动,导致拱轴变形,拱顶出现较大正弯矩,拱脚出现较大负弯矩而引起拱肋等开裂。 1976年对该桥进行技术改造,全桥6根拱肋中,对其中的15号拱肋采用环氧砂浆粘贴钢筋补强,6号拱肋采用环氧粘贴玻璃纤维布加固,同时对全桥裂缝用环氧砂浆进行灌浆处理。粘贴钢筋时,对1及2号拱肋各粘贴8根6钢筋、5号拱肋粘贴14根6钢筋、3及4号

20、拱肋各粘贴22根6钢筋,这些粘贴的钢筋每间隔1m设1l根8的构造钢筋将各钢筋点焊成排栅,其宽度比拱肋底宽小23cm,所粘贴的钢筋排栅每段长4m,除肋底布筋外,在肋的两侧也各粘贴2根6钢筋,并将构造筋的两逞向上弯起粘贴在拱肋两侧面。 该桥经此补强加固后,通过6年使用观察,在车辆荷载及交通量均比加固前增加的情况下,主拱圈受力良好,拱肋裂缝大为减少,加固前每根拱肋平均有裂缝8090条,加固后减少至1525条,且拱轴线无新的变化,取得了较好的加固效果。 6号拱肋采用环氧树脂粘贴玻璃纤维布进行补强,意在与粘贴钢筋的效果做些对比,在拱肋下缘粘贴4层玻璃纤维布,形成厚约3mm的玻璃钢补强层,使用后证明,取得

21、了与粘贴钢筋相近的补强效果。 (四)增设肋间底板加固法 增设肋间底板加固法即是以钢筋混凝土薄板将拱肋俩俩相连,使双曲拱变成封闲箱拱。显然,这一方法能显著增大桥梁的横向联系,使横向刚度大增,同时使拱肋承压面积增大许多,也能从根本上解决正截面,面积不足和横向联系不足的问题。由于截面作用已具箱的特征,即抗扭刚度大增,使得拱肋与拱波,拱板相对变形显著减小。 由于新增底板使拱圈截面重心下移一个常量,故拱桥轴线不变,但由于y上增大,使得截面承受负弯矩能力大增;由于新增底板位于正弯矩的拉应力区,而底板内的纵向钢筋可具正弯矩需要进行布置,故该法也能提高截面承受正弯矩的能力。 (五)拱肋截面扩大加固法 用外包混

22、凝土加大拱肋截面进行补强加固,常见的有两种情况:拱肋与拱波结合良好,只是由于供肋强度不足而出现径向裂缝,此时可仅在拱肋下部加大截面,使拱肋下缘形成马蹄形,如图62a)所示;另一种情况是不仅拱肋本身出现径向裂缝,而且在拱肋与拱波连接处由于结合不良而出现环向裂缝,此时,外边混凝土的高度常需高出肋波接缝56cm,以增强肋波间的整体性,如图62b)所示。对于后一种情况,在浇筑外包混凝土之前要特别注意对裂缝进行灌浆封缝处理。采用外包混凝土加大拱肋截面进行补强队外包混凝土中应设置增补主筋与箍筋,并通过锚固筋与原拱肋中的主筋相焊接。 采用外包混凝土补强加固的施工工艺一般为; 1桥下搭设脚手架。 2在拱肋表面

23、凿毛清洗,以保证新旧混凝土有良好的结合,在锚固筋处将原拱肋中的主筋凿露。 3安装底模板,绑扎钢筋,焊好锚固筋,再安装侧模。 4通过侧模上预留的灌注孔口浇筑外包混凝土并振捣密实。 5混凝土养护、拆模。 湖北省云梦桥为单孔40m、矢跨比1/10的双曲拱桥,桥面宽度为净721.0m,设计荷载为汽车13级、拖车60,桥台置于粘土层地基上,桥台基础埋深2.7四,于1970年6月建成。 建成后1个月即发现拱波出现大量裂缝,拱肋在拱顶至两端13路径处也出现裂缝。当时在全桥长范围内浇筑2条钢筋混凝土行车道予以加强,结果不仅末改善拱的受力,反而使活载集中,加上增加了拱上恒载,致使拱圈裂缝进一步扩展。 1982年

24、采用加大拱肋截面的方法进行加固,拱肋截面由原2020cm加大至4545cm,增设5根22主筋,横系梁也由原来的829cm加大至2245cm,同时用灌注水泥砂浆填补拱波和腹拱上的裂缝,桥面浇筑整体化混凝土并设置钢筋网。加固后进行了荷载试验,以汽车20级荷载标准加载,实测跨中挠度为3.30mm,拱圈末再出现裂缝,桥台最大水位移0.27mm,最大倾角7”。通过试验表明,经补强加固后承载能力提高,达到汽车20级、挂车100的要求。2、加厚拱板 有的双曲拱桥拱肋截面比较强,但拱波显得薄弱,尤其是当横向联结较弱时,往往在拱波顶部产生纵向裂缝。鉴于拱波纵向裂缝通常都集中在拱顶与L4点之间,所以可以在此范围内

25、加厚拱板。加固时先将拱上填料拆除、用混凝土将波谷填平,再沿全桥宽浇筑混凝土拱板,内设钢筋网,也可沿拱背等厚度浇筑混凝土拱板,加厚拱板的截面形式如图s3所示。对于拱脚至L4点区段,如果拱波裂缝不多,则可仅将波谷填平而不加厚拱板。为使新旧混凝土能结为整体,施工时需将原拱波波背混凝土表面凿毛冲洗后再浇新混凝土。3、加强横向联结 由于双曲拱桥是由拱肋、拱波等构件拼装而成的,并且是将其作为整体结构进行计算的,因此,保证双曲拱桥的整体性,特别是横向整体性显得十分重要。为此,可设置横系梁、横隔板等来加强横向联结,以达到均布活载、增加主拱圈横向整体性与抗扭刚度的作用。然而在早期修建的双曲拱桥中,较多的只是设置

26、套管拉杆作为横向联结,刚度很差,常导致各主拱圈受力不均匀,从而在拱波顶出现纵向裂缝等现象。因此,加强横向联给以增强双曲拱桥的横向整体性是双曲拱桥补强加固的重要技术措施之一。增强横向联结可以采用加设横系梁或横隔板的方法。鉴于活载作用下拱圈的挠度沿横桥向不均匀分布较为明显,拱顶及L4跨径点拱圈截面处的挠度最大,为了使活载挠度均匀分布,可增设横隔板,例如当原拱顶填料或是采用的排架式拱上建筑,则可在拱顶及设置排架式腹孔墩的位置设置横隔板;若原拱肋系分段吊装施工的,则可在分段接头处增设横隔板。加强横向联结的具体加固方法一般有以下几种方式;(一)用外包混凝土加大横系梁截面。对于实体截面的横系梁,如果截面偏

27、小、刚度不足,可在原横系梁外包以混凝土,并在新增的混凝土中沿全桥宽设置钢筋。 (二)将横系梁改造为横隔扳。将原横系梁截面加高使之与拱波相联结,并增设横向通长钢筋将其联成整体。 (三)对于原来设置套管拉杆横向联系的双曲拱桥,其套管只能起横向拉结作用,而对肋波的抗扭刚度作用不大。加固时可拆除原套管而改为横隔板,也可沿拱因增加新的横系梁或横隔板。4、增加拱肋加固主拱圈 增加拱肋的方法也能提高双曲拱桥的承载能力,尤其是无肋双曲拱桥,由于主拱圈下缘比较薄弱,往往因为在荷载作用下产生过大的拉应力而开裂严重,这时,可以采用增设拱肋的办法进行补强。新增的拱肋可以设在飞鸟式双曲拱的下缘,也可设在拱波波顶下缘。新

28、增拱肋可以分段预制、现场安装。为了使新增拱肋与原拱波有效地联成整体,可在拱肋顶面预埋锚固钢筋,安装拱肋时将预埋铅固钢筋穿过拱围伸出顶面,并与现浇板中的钢筋网焊连,拱肋与拱波衔接处用干硬性砂浆填实。江苏省丹阳市香草河桥为一单孔40m、矢跨比18的无肋双曲拱桥,桥面净宽为5m,设计荷载为汽车13级、拖车60,主拱圈由6个单元整体绕筑的飞鸟式供波组成,拱厚72cm,空腹式拱上建筑,重力式桥台,于1969年建成。1982年检查发现,主拱圈拱脚部位局部损坏,腹拱及拱座有裂缝。实测尺寸与原设计还有较大的出入。但是桥台稳定,基础无明显变位。经复算并经过试压,证实原桥实际承载能力低于原设计标准。后决定对该桥进

29、行拓宽,桥面加宽为净921.5m,并要求按汽车20级、挂车100进行设计。技术改造工程包括加宽原有桥台及新建上部结构。新建部分主拱圈由3条非对称的钢筋混凝土工型拱肋组成,肋高95cm,中距2m,通过钢筋与原拱圈连成整体。拱上建筑改用梁式结构以减轻恒载。原主拱圈的加固是在拆除原有拱上建筑后,在飞鸟式拱波缘加做3545cm的钢筋混凝土拱肋,沿拱轴每隔1m设置16横向钢筋以加强其整体性,最后再做拱上建筑及桥面系。加固构造田如图64所示。加固前后均进行了荷载试验,在相同的荷载(30t)作用下,跨中挠度由加固前的4.42mm减少为1.08mm。三、调整拱轴线和压力线加固改造双曲拱桥 拱轴线的形状不仅直接

30、影响到主拱圈的内力分布及截面应力的大小(亦即主拱圈的承载能力),而且它与结构的耐久性(开裂影响)、经济合理性及施工安全等有密切关系。对于主拱圈变形过大的双曲拱桥,实际拱轴线与压力线的偏离较大,此时若仅仅采用对主拱圈截面进行补强加固,已不能有效地改善主拱圈的受力状况,这就需要对拱轴线与压力线进行调整,使两者尽量吻合以改善主拱圈的受力。 调整拱轴线与压力线一般通过下面几种途径进行。1、调整拱上的恒载分布 通过采用不同单位重的拱上填料、改变拱上填料厚度或在腹拱上增加压重等措施,改变实际压力线的位置,使其与拱轴线吻合。但是需要强调的是,对于拱顶已下挠的双曲拱桥,不能随意地采取加厚拱上填料或简单采取填平

31、行车道面的方法进行处理。因为主拱圈的受力与拱上恒载的分布及拱轴线形状密切相关,象上述简单地增加桥面厚度或填料厚度,表面上似乎解决了拱项下挠对桥面行车的不利影响,然而实际上并不能达到补强加固的目的。特别是在拱顶已严重下挠而又在拱顶区段增加桥面或填料厚度,反而会导致主拱团受力的进一步恶化,更加剧拱顶下挠,这在实践中是有教训的。如果需要通过调整拱上填料等的重量的方法进行补强加固,必须对拱围的受力进行详细的计算,确定合理的调整方案,而不能盲目地增加拱上填料等厚度,以防不恰当地增加拱上恒载。2、加大拱圈截面 加大拱圈截面,并在沿跨长不同区段采用不同的截面尺寸,调整实际拱轴线位置。 福建省晋江英溪大桥为一

32、单孔跨径80m的双曲拱桥,矢跨比18,桥面宽度为洛7 20.25m,设计荷载为汽车13级、拖车60,主拱圈采用五肋四波,桥台建于砂砾卵石层上,地基容许承载力为0.35MPa,于1970年建成通车。不久即发现跨中桥面下沉,栏杆断裂,至1973年检查,跨中下挠20cm,侧墙、腹拱出现裂缝,栏杆有部分脱落。1973年整修栏杆时错误地采取在跨中区段增垫320cm填料来调平桥面,增加150t恒载,从而导致拱圈变形更趋加剧,一年就下沉15cm,至1974年10月拱项下沉量达到50cm。根据近似计算,此时的拱轴系数m值已由原设计的5.321变为7.25,由于偏离压力线过多而大大增加了主拱圈截面的偏心弯矩,拱

33、圈截面应力超限而严重开裂,跨中区段供肋密布径向裂缝,平均每延米23条,拱波在两个L4点之间出现连续纵向裂缝,拱脚附近肋波分离,边肋波板开裂,拱上建筑也严重开裂,两端靠桥台第一道腹拱有斜向裂缝,各腹拱墩底梁开裂,桥台末发现明显位移和转动。 为了恢复原桥的承载能力,1974年12月至1975年12月进行了技术改造,补强加固措施是从调整拱上恒载、加强主拱圈截面及加强横向联系三个方面着手,具体做法是: (一)改变拱上恒载分布,调整压力线位置。通过降低桥面标高、减小填土厚度减轻跨中的恒载,同时将供上建筑靠近桥台的各两个腹拱填实,以增加L4点附近的自重。由此调整全桥的恒载,使拱轴系数则值得以提高而接近变形

34、后的拱轴系数。 (二)调整拱轴线。在加大主拱圈截面时,对不同位置的主拱圈截面增加不同的高度,调整主拱圈截面的重心位置及轴线,要求提高拱顶截面重心位置、降低L4点截面的重心位置,从而适当降低实际拱轴线的m值。 通过以上两项措施,使恒载压力线尽量与变形后的实际拱轴线相吻合以达到改善主拱圈受力状况的目的。 (三)加强拱肋截面,加厚拱扳。由于主拱圈已严重损伤,在调整拱轴线与压力线的同时,通过拱肋补强加固以恢复主拱圈的截面强度。拱肋采用外包混凝土加大截面。在拱项至L4点区段,于供背上设置分布钢筋,用混凝土填平波谷,然后再在上面加厚10cm的拱板,而拱脚至L4点区段,仅将波谷填平。 (四)在原横系梁之间增

35、加一道横隔板,横隔扳的高度提高到肋顶面。 (五)用膨胀砂浆对各部分裂缝进行压浆处理。 经过上述技术改造措施后,该桥恢复了设计的承载能力。经多年使用观察,末再发现明显的变形。3、减轻拱上建筑自重 减轻拱上建筑自重也是一种调整拱上恒载分布的手段,尽管它们的目的都是为了恢复和提高原桥的承载能力,但它们的出发点和适用场合却是不相同的。调整拱上恒载分布是针对主拱圈变形过大,通过调整拱上恒载的办法来调整拱轴线与压力线;采用减轻拱上建筑的自重,则主要是针对某些双曲拱桥的基础承载能力较低,通过这一措施降低对基础承载力的要求。 此外,主拱圈的受力性能与拱上恒载的分布(即压力线形状)及拱上建筑的联合作用有密切的关

36、系,因此,当采用减轻拱上建筑自重措施时,必须对拱的受力进行详细的计算,包括改造后的运营受力状况(必要时可考虑拱上建筑联合作用)和施工中裸拱的受力状况,以使主拱圈处于最佳的受力状态,以此来确定减轻拱上建筑自重的布置方案、结构形式和施工程序。必须使压力线尽量保持与原桥一致,并严格按照改造设计的施工程序进行拱上建筑的拆除和重建,以确保主拱圈的安全与均衡受力。如果原桥裸拱受力不能满足要求时,则应先加固主拱圈,再拆除改建拱上建筑。 减轻供上建筑自重的方法可以有以下几种: (一)降低桥面标高,减少以至完全取消供上填料,或使用轻质拱上填料。 (二)将腹拱的重力式横墙挖空,或改建为钢筋混凝土立柱。 (三)用预

37、制的钢筋混凝土T梁、微弯板或空心板等轻型桥面系取代腹拱体系。 (四)采用钢筋混凝土刚架或桁架式拱上建筑。 前面所提到的江苏省丹阳市香草河桥改造工程中,拱上建筑部分即按此法作了相应的改造。首先在主拱圈处于无支架状态下进行原拱上建筑的拆除工作,具体的拆除程序是先拆除桥栏杆和桥面铺装,挖除拱上填料,对称地拆除两侧的腹拱拱圈,最后由跨中向拱脚依次拆除腹批立柱和底座。出于上述工作均在主拱圈无支架状态下施工,因此在拆除工作中严格按照技术改造设计的程序分阶段对称均衡地进行,避免主拱圈在施工过程中产生不均匀变形。新建的供上建筑采用轻型结构,以在立柱上安装门形预制板代替原有的圆弧形腹拱。四、双曲拱桥的其它加固改

38、造技术 1、改变结构体系改造双曲拱桥 对于拱上建筑损坏严重而主拱圈质量尚好的双曲拱桥,可以采用改变结构体系的方法进行改造,以恢复或提高结构的承载能力。这种改变结构体系一般是将原供上建筑拆除,以原主拱圈作为下弦杆,增设腹杆及上弦杆后将原双曲拱桥改进为桁架拱桥。通过以上措施,一方面改变主拱圈的受力体系,另一方面采用轻型拱上建筑而减轻其重量,从而改善桥梁的受力条件。 江苏省溧阳县南渡大桥即采用这种改变体系的方法对原双曲拱桥进行技术改造。原桥为净跨40m、矢跨比18,主拱圈由8个单元整体浇筑的飞鸟式拱波组成,拱轴线形为悬链线,拱轴系数m2.814,桥面宽度为净820.5m,桥台为重力式,设计荷载为汽车

39、15级(实际上未经详细计算),建于1970年。1976至1979年期间溧阳县经历了两次地震,使该桥遭到严重破坏,主拱圈变形,空腹拱的拱圈及侧墙严重开裂,桥台相对位移4cm,跨中主拱圈最大下沉量达13cm,已属危桥。 该桥于1983年按汽车20级荷载、桥面宽度净921.0m的要求进行改造。鉴于原桥桥台支承的两边肋的间距为7.2m,考虑上部结构可以悬臂挑出的因素,原桥台宽度尚能适应桥面拓宽至11m的布置(如图65),桥台在地震时虽发生位移,但位移也已基本稳定,且地基土质较好,经多年运营证明能适应荷载等级的要求。若将原桥拱上填土挖去,可减轻数百吨重量,如果全桥拓宽改造后恒载加活载的重量小于改造前全桥

40、的恒载加活载重量,则桥台将是稳定的,因此,改造方案对桥台不再进行处理。 鉴于原桥拱上建筑的腹拱损坏严重,主拱圈也有多处开裂,最后确定拆除所有拱上结构,利用原主拱圈作为桁架拱的下弦杆,增设斜拉杆、竖杆及上弦杆;组成斜拉杆式桁架拱的受力体系。根据原拱肋的布置,桁架片为不等距对称的四片,并在桁架片上架设宽度为3.31m的微弯扳,桥中心处的微弯板宽度采用1.1m,桥两侧悬臂各为1.5m。2、用顶推法消除因桥台位移所引起的病害 对于修建在软土地基上或基底处理不当的双曲拱桥,往往可能发生桥台位移而影响上部结构的正常使用,此时可采用顶推法来消除由于桥台位移引起的病害(其它拱式体系也可采用此法)。 顶推法的基

41、本做法是在一端桥台的拱脚处安装顶推装置,将拱肋自拱脚向路中方向顶推,使两拱脚间已发生的相对位移减小以至完全消除,减轻或消除因桥台位移对上部结构产生的危害,调整拱脚位移实际上也调整了拱式上部结构的内力。顶推法工艺是由交通部公路科学研究所、江苏省交通厅公路局及无锡县交通局桥工队共同研究提出的,并已于1982年7月通过部级技术鉴定。江苏省徐州市曾将顶推法应用于刚架拱桥的加固工程中。徐州市万寨桥为单孔40m、矢跨比18的钢筋混凝土四肋刚架拱桥,桥面宽度为净921.5m,设计荷载为汽车20级,挂车100,空心桥台,土沉井基础,土质为中密亚粘土和亚砂土。1980年建成后因南岸桥台台后的农灌压力、涵洞漏水冲

42、刷路基,导致桥台发生位移,并发现拱顶下缘开裂,裂缝不断发展并迅速贯通全肋且继续向桥面延伸,裂缝宽度达6mm,桥台下沉约10mm,两桥台相对水平位移59mm。鉴于该桥自1981年后裂缝发展及桥台位移已趋稳定,且主拱除拱顶附近开裂外其余部分基本完好,全桥刚度尚可,因此决定采用顶推法调整拱脚位移。顶推时在拱脚处设置牛腿夹具,采用高强螺栓将钢制牛腿夹具夹紧在拱脚侧面(螺栓数量由顶推力经计算确定),依靠夹具和拱肋表面的摩阻力传递置于桥台拱脚处千斤项的顶推力,顶推时千斤顶顺拱脚拱轴线方向放置并施力,使拱脚产生水平位移并有相应抬高,顶推后拱座处形成的空缝用快硬水泥混凝土填充。 顶推的具体工艺过程是:在北岸桥

43、台每肋拱脚处布置4台100t千斤顶并安装牛腿夹具,每肋施力至227.9t(平均)时,北岸拱脚水平位移67mm(平均),桥面出现裂缝即停止顶推,实测北岸拱脚相应抬高33mm,拱顶抬高146mm。停止顶推后,随即在北岸拱座空缝内填塞用早强水泥拌制的混凝土,养生48h后放松千斤顶,此时测得供脚水平向回缩47mm,消除原来已发生的水平位移59mm后,跨径比发生位移前缩短3.30mm。顶推后检查,拱顶区段的裂缝基本闭合,所有径向裂缝均不明显,南岸半跨拱肋与微弯板之间的水平裂缝略有增加,南岸桥台斜撑和拱座处出现正弯矩裂缝,斜撑裂缝基本贯通,裂缝宽度25mm。为此,又在拱顶下缘主筋旁各加焊125钢筋,在上杆

44、支座处垫以钢板并涂以黄油,其它部位用水泥砂浆修补。项推后4天所作静载试验表明,该桥经此处理后,可承载79t重车。此后约130天检查,发现此间拱顶又下沉10mm,桥台相对位移1mm,原有裂缝经修补后未再开裂,亦未发现新的裂缝。桁架拱桥的维修加固一、桁架拱桥的构造特点及类型 钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土桁架拱桥(简称桁架拱桥)是适应我国国情、继双曲拱桥之后而发展起来的一种新颖拱式结构。从1966年7月在上海市金山县建成第座桁架拱桥后,已有不少省市地区先后采用,并在全国各地修建了大量的桁架拱桥。 (一)桁架拱桥的特点 桁架拱桥与其他圬工拱桥相比具有如下的特点: 1受力合理,能充分发挥材料作用,用料经

45、济。 2可充分利用一般施工单位的现有设备,装配化程度高施工工序少,可达到缩短工期,节省人工的目的。 3自重较轻,适于在软土地基上修建。 4. 结构整体性能好,上部结构重量轻,抗震性能较好。 (二)桁架拱桥的上部结构构造 与其他桥梁一样,桁架拱桥结构有上部结构和下部结构。桁架拱桥上部结构由桁架供片、横向联结系和桥面三部分组成。 桁架拱片是桁架拱桥的主要承载构件,它由上、下弦杆、腹杆和实腹段组成。横向联结系是联结拱片和桥面系,保持拱桥横向稳定并起分布荷载作用的主要结构,它包括:下弦结点横隔梁、上弦结点横拉杆、实腹段横隔板和剪刀撑。桥面板是直接承受桥梁使用荷载并将其传递给桁架拱片的构件,同时本身又部

46、分或全部地参与所在部位构件的共同作用,成为上玄杆或实腹段截面的一部分,桁架拱桥的桥面板常用的有微弯板和空心板。微弯板有纵向和横向两种布置形式。较大跨径的桁架拱桥面多采用钢筋混凝土或预应力混凝土空心板形式。 (三)桁架拱桥的类型 目前建造的桁架拱桥主要有斜杆式、竖杆式和肋拱式三种。二、桁架拱桥的常见缺陷 桁架拱桥尽管建造的时间不长,但因不少桥梁是在1966年至1976年这十年内乱中建造的,由于各种因素,加上设计和施工经验不足,更重要的是缺乏科学管理,施工质量控制不严,桥梁建成后即存在一定的问题。再加上近年来交通量的剧增,要求荷载等级的提高以及河流疏浚等因素,致使不少桁架拱桥遭到不同程度的损坏,亟

47、需进行维修加固。桁架拱桥常见的病害有: (一)因桥台位移而使拱桥上弦杆悬空 由于拱桥修建时考虑不周,跨径太小,桥梁建成后不能满足水流断面的需要,在长期水力冲刷作用下,使桥台基础外露掏空,大雨季节,严重的台后被冲垮,轻的使桥台产生沉陷外移,拱桥上弦杆就处于悬空或接近悬空的状态, (二)施工缝处出现较大裂缝、拱片连接处混凝土断裂或钢板接头脱开 因桁架供片一般不是一次成型的,在浇筑混凝土过程小要分次进行。即先浇下弦杆,包括相应的横系梁,再浇竖杆和斜杆包括剪刀撑;最后再浇上弦杆及其横系梁,因此就存在了施工缝。施工缝处往往是强度较弱的部位,在外荷载作用下,容易产生裂缝,甚至碎裂。 此外,当跨径较大,桁架

48、拱片要分段预制时,就必须设接头。拱片接头一般有现浇混凝上接头和钢板接头两种,这些接头由于施工质量欠佳,加上荷载的反复作用,容易损坏甚至脱开。 (三)构件裂缝 桁架拱桥由于是钢筋混凝土结构,因此,当构件受拉时会出现裂缝,裂缝在容许宽度范围内时并不影响拱桥的使用,但当桥梁所承受的荷载大大超过其原设计荷载等级时,构件会受到过大拉力的作用而不可避免地会产生较大裂缝。较大裂缝的产生,势必影响拱桥的使用。 (四)拱上建筑如桥面系出现破坏 桁架拱桥桥面的微弯板或空心板脱空、断裂,甚至出现空洞,如图822所示。此类病害产生的原因往往是施工不当,微弯扳或空心板架设时没有采用座浆法安砌;或者出于板太短,与主拱片连

49、接不好以及板本身强度不足等。三、桁架桥的维修加固 桁架拱桥同属拱桥一类,且为钢筋混凝土结构,因此,其常用维修加固法与前述基本相同。一般常用的方法有: (一)杆件截面增强法 当需提高拱桥的主要受力部位如下弦杆、实腹杆等的承载能力时,可采用增强这些构件截面的方法进行加固。构件截面增强法的方式有多种,如; 1凿除原杆件钢筋混凝土保护层,加筑钢筋混凝土补强断面,新旧断面依靠钢筋和混凝土紧密连接。 2粘贴钢板或钢筋进行补强。 3预制好补强杆件,再用电焊焊接钢板方式与原杆件相连,形成一个整体而共同受力,如图823ap为预制构件与原构件用钢板连接的加固方式。 (二)加固桥台,或采用顶推法调整拱桥水平位移 桁

50、架拱桥桥台加固以及顶推法调整水平位移的施工,可见第四节内容。 (三)桥面维修加固 当桥面由于板块断裂而出现空洞时,可采用重新安装新板或用悬吊式模扳(图824)进行局部修补的方法进行处理。 当需加固桥面且基础承载力许可时,亦可采取增铺桥面补强层的方法进行加固。拱桥的墩台基础加固一、拱桥墩台基础加固 拱桥构造与梁桥有所异同。因此,其下部构造的加固除可参照梁桥下部结构加固方法外,还有自己独持的加固法。 拱桥基础的损坏往往是指产生比较大的水平位移和沉降。由于拱桥桥台产生较大位移和沉降,会造成主拱圈下垂、变形、裂缝扩展,危及行车安全,因此,必须提高基础的承载能力,制止位移和沉降的继续发展。常用于拱桥墩台

51、基础的加固方法有:(一)桥台增大基础加固法 在桥台两侧加设钢筋混凝土实体耳墙,并将耳墙与原桥台用钢销联接起来,从而达到增大拆台基础面积,提高桥台承载力的目的。如图830所示,加固后耳墙与原桥台联接在一起,因此,既增加了竖向承压面积,又由于耳墙的自重而增加了抗水平推力的摩阻力。 此法的缺点是增加圬工的体积较大,故耗用材料多,费用较大。(二)桥台前加建新的扩大基础加固法 当拱脚台前右一定的填土时,可在台前加建新的扩大基础,并将改建为变截面的拱肋支承到新基础上。新老基础之间用钢销进行联接,有条件时在台前新基础下设法增加几根短桩,以提高承载力,此法的原理是加建的新基础既能增加竖向承载能力和水平方向承载能力,又加强了拱肋断面使之成为变截面拱肋,如前所述,还可相应地缩短了垮径。其优点是不需中断交通,可带来的较大的社会效益。(三)桥墩设置临时斜向支撑或加大面积加固法 对于多跨拱桥,为预防因其中某一跨遭到破坏使整体失去平衡而引起其他拱跨的连锁破坏,可根据具体情况,对每隔若干拱垮中的一个支墩采取加固措施。其方法是在支墩两侧加斜向支撑,或加大该墩断面。使得在一垮遭受破坏时,只影响若干拱跨而不致全部级坏

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